KR20080014657A - Method for forming tapered piston pins - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 피스톤 핀을 형성하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나 또는 복수의 작업에 있어서 테이퍼진 내측 개구를 갖는 피스톤 핀을 형성하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이와 같은 공정을 이용하여 제조된 테이퍼진 피스톤 핀을 포함한다.The present invention relates to a method of forming a piston pin, and more particularly, to a method of forming a piston pin having a tapered inner opening in one or a plurality of operations. The present invention also includes a tapered piston pin made using such a process.
왕복운동식 내연기관은 일반적으로 실린더 내에서 왕복하는 피스톤을 사용한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 피스톤(12)은 실린더의 구멍 내에 가까이 끼워맞춰지는 슬라이딩 플러그(sliding plug)로서 기능한다. 실질적으로, 피스톤은 실린더 내에서 교호적으로 구동된다. 피스톤 상에서 연료와 공기의 혼합물을 연소시키면, 압축 및 점화된 연소 가스로부터 가스 압력을 발생시킨다. 이러한 압력은 하측방향으로 피스톤을 강제한다. 이때, 피스톤은 피스톤 핀(10)을 통한 연소 가스를 커넥팅 로드(14)로 팽창시키는 힘을 전달시킨다. 피스톤은 커넥팅 로드 및 크랭크샤프트에 부착되어 왕복운동을 회전운동으로 전환시킨다.Reciprocating internal combustion engines generally use pistons reciprocating in a cylinder. As shown in FIG. 1, the
피스톤 핀은 왕복식 내연기관 시스템의 중요한 일부를 형성한다. 각각의 피 스톤 핀은 피스톤 및 커넥팅 로드 내의 정렬된 개구를 통해 연장되어, 로드와 피스톤 사이의 선회식 연결을 확립한다. 엔진의 크랭크샤프트를 회전시키면, 각각의 커넥팅 로드의 일 단부는 크랭크샤프트의 축 둘레를 선회한다. 커넥팅 로드의 다른 단부는 피스톤 내의 핀 둘레에서 회전운동하고, 이에 의해 각각의 피스톤은 커넥팅 로드를 통해 크랭크샤프트에 동력을 전달한다. 각각의 피스톤 핀은 커넥팅 로드와 피스톤 사이에서 선회식 연결부로서 기능한다.The piston pin forms an important part of the reciprocating internal combustion engine system. Each piston pin extends through aligned openings in the piston and connecting rod, establishing a pivotal connection between the rod and the piston. Rotating the crankshaft of the engine, one end of each connecting rod pivots around the axis of the crankshaft. The other end of the connecting rod rotates around the pin in the piston, whereby each piston transmits power to the crankshaft through the connecting rod. Each piston pin serves as a pivotal connection between the connecting rod and the piston.
연소에 의해 피스톤, 피스톤 핀 및 커넥팅 로드에 부과된 힘은 엄청나다. 더욱이, 피스톤 조립체(상술된 피스톤, 피스톤 핀 및 커넥팅 로드)는 엔진의 성능에서 많은 양의 마찰 손실의 원인이 된다. 크랭크샤프트를 포함하는 피스톤 조립체의 왕복운동하는 부분을 감소시키는 것이 엔진 설계에서의 추세이다. 이에 따라, 관성 손실을 저감시키는 보다 경량의 피스톤 핀을 구비함으로써 성능이 향상되므로, 엔진 효율을 개선시킬 수 있다. 따라서, 효과적인 피스톤 핀 및 피스톤 조립체의 본질적인 특성을 위해 중량을 낮추는 것이다. 게다가, 이상적인 피스톤 핀은 다른 중요한 특성, 즉 내마모성, 강성 및 연소 공정으로부터의 극단적인 힘을 견디기 위한 높은 강도를 갖는다. 피스톤 핀의 중량을 저감시키기 위해, 외측으로 경사진 내부를 형성함으로써 내경의 단부에서의 질량을 감소시키는 하나의 방법이 있다.The force imposed on the piston, piston pin and connecting rod by combustion is enormous. Moreover, the piston assembly (piston, piston pin and connecting rod described above) causes a large amount of frictional loss in engine performance. It is a trend in engine design to reduce the reciprocating portion of the piston assembly including the crankshaft. As a result, the performance is improved by having a lighter weight piston pin that reduces the inertia loss, so that the engine efficiency can be improved. Therefore, the weight is lowered for the essential characteristics of the effective piston pin and the piston assembly. In addition, the ideal piston pin has other important properties: wear resistance, stiffness and high strength to withstand extreme forces from the combustion process. In order to reduce the weight of the piston pin, there is one method of reducing the mass at the end of the inner diameter by forming an outwardly inclined interior.
특정 피스톤 핀은 도 3에 도시한 바와 같이 핀의 중간 부근이 중앙 웨브(center web)로 형성된다. 이들 피스톤 핀은 중앙 웨브형, 2방향 압출형(two way extruded) 또는 2방향형(two way formed) 피스톤 핀으로 호칭한다. 다른 피스 톤 핀은 도 4에 도시한 바와 같이 핀의 단부 상에 웨브를 형성함으로써 훨씬 더 중량을 감소시킨다. 본 방법에 있어서, 웨브는 질량을 보다 저감시키는 이점을 위해 완전히 제거된다. 이들 핀은 통상적으로 웨브리스(webless), 엔드 웨브(end web), 일방향 압출형 또는 일방향형 피스톤 핀으로 호칭한다. 양자의 피스톤 핀을 제조하는 방법은 중량을 감소시키기 위한 테이퍼진 구멍을 갖도록 설계될 수도 있다. 현재의 기술로는 내측 테이퍼를 핀 내로 기계가공하거나, 또는 테이퍼를 중앙 웨브 핀의 내부로 압출하는 것이 있다. 추가적으로, 몇 가지의 테이퍼는 부수적인 기계가공 또는 성형 작업을 통해 테이퍼를 내부에 부가함으로써 일방향형 핀에 추가될 것이다. 이들 추가적인 작업에는 풀림(annealing), 윤활 적용(lubrication application), 부수적인 성형 작업의 임의 조합이 포함될 수 있다. 이들 방법들은 비용 효율적이지 않고 중량 저감에 최적화되지 않는다. 이들 모든 방법은 비용이 매우 높다.Certain piston pins are formed in the center web near the middle of the pin, as shown in FIG. 3. These piston pins are referred to as central web shaped, two way extruded or two way formed piston pins. Another piston pin reduces the weight even further by forming a web on the end of the pin as shown in FIG. 4. In this method, the web is completely removed for the benefit of further reducing the mass. These pins are commonly referred to as webless, end web, one-way extruded or one-way piston pins. The method of making both piston pins may be designed with tapered holes to reduce weight. Current techniques include machining the inner taper into the pin, or extruding the taper into the center web pin. In addition, some taper may be added to the unidirectional pin by adding the taper therein through additional machining or forming operations. These additional operations may include any combination of annealing, lubrication applications, and ancillary molding operations. These methods are not cost effective and are not optimized for weight reduction. All these methods are very expensive.
상술한 바와 같이, 종래 기술은 저효율, 고비용 및 차선의 중량 저감에 관한 각종 결함이 있다. 기계의 하나의 성형 순차에 있어서, 중앙 웨브 또는 웨브리스 테이퍼진 피스톤 핀을 형성하기 위해 비용 효율적인 제조 방법에 대한 필요성이 있다. 더욱이, 피스톤 핀 상에 내부 테이퍼를 형성하기 위한 개선되고 보다 경제적인 방법에 대한 필요성이 있다.As mentioned above, the prior art has various defects related to low efficiency, high cost and lane weight reduction. In one forming sequence of a machine, there is a need for a cost effective manufacturing method for forming a central web or webless tapered piston pin. Moreover, there is a need for an improved and more economical method for forming internal taper on piston pins.
현재의 왕복식 내연기관 시스템에 있어서, 경량 및 고강도를 갖는 중앙 웨브 또는 웨브리스 테이퍼진 피스톤 핀을 경제적으로 제조하기 위한 방법에 대한 필요성이 있다. 본 발명에 따르면, 효율적이고 비용 효과적인 공정으로 냉간 처리된 경사진 중앙 웨브 또는 웨브리스 피스톤 핀을 형성하기 위한 방법이 제공된다. 본 발명은, 예컨대 기계가공, 코팅 및 부수적인 성형과 같은 별개의 또는 그들의 조합으로 수행된 부수적인 작업을 제거한다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 피스톤 핀의 테이퍼는 보다 큰 각도와 길이로 형성되므로 종래기술의 것보다 중량을 더욱 감소시킨다.In current reciprocating internal combustion engine systems, there is a need for a method for economically manufacturing a central web or webless tapered piston pin with light weight and high strength. According to the present invention, a method is provided for forming a slanted central web or webless piston pin that has been cold treated in an efficient and cost effective process. The present invention eliminates incidental work performed separately or in combinations such as, for example, machining, coating and incidental molding. In another embodiment of the present invention, the taper of the piston pin is formed at a greater angle and length, further reducing the weight than that of the prior art.
도 3a 내지 도 4d는 피스톤 핀을 제조하는 전형적인 공정을 도시한다. 이들 공정은 바아 또는 코일 강으로 시작된다. 일반적으로, 탄소강 와이어는 최종 제품 비용에 대해 필요한 특성을 효과적으로 제공할 뿐만 아니라, 피스톤 핀을 형성하는데 유리한 탄소강의 물리적 및 기계적인 특성에 관한 이유로 사용된다. 그렇지만, 적용에 따라서 다른 금속이 사용될 수도 있다. 금속 와이어는 똑바로 펴진다. 풀림 기계(annealing machine)에서 배출된 후에, 금속 코일은 별개의 편(pieces)으로 절단된다. 이들 편은 거의 원통형으로 성형된다. 다음으로, 이들 편은 압출 공정을 위해 준비된다. 고객의 요구에 따라서, 피스톤 핀의 테이퍼링이 요구될 수 있다. 테이퍼링 공정을 도면을 참조하여 좀더 기술할 것이다.3A-4D show a typical process for making a piston pin. These processes begin with a bar or coil steel. In general, carbon steel wire is used not only to effectively provide the necessary properties for the final product cost, but also for reasons relating to the physical and mechanical properties of carbon steel which are advantageous for forming piston pins. However, other metals may be used depending on the application. The metal wire is straightened. After exiting the annealing machine, the metal coil is cut into separate pieces. These pieces are formed into a substantially cylindrical shape. Next, these pieces are prepared for the extrusion process. Depending on the customer's requirements, tapering of the piston pin may be required. The tapering process will be further described with reference to the drawings.
도 3을 참조하면, 피스톤 핀의 제조에 관한 전형적인 2방향/중앙 웨브 압출 성형 순차가 도시되어 있다. 냉간 처리에 관한 모든 것은 피스톤 핀을 형성하는 방법의 예로서만 이해된다. 본 발명의 목적은 예로서만 사용하고, 본 발명은 관형의 압출식 반가공품에 테이퍼를 형성하는 모든 방법에 적용된다.Referring to FIG. 3, a typical two-way / center web extrusion sequence for the manufacture of a piston pin is shown. Everything about cold treatment is understood only as an example of how to form a piston pin. The object of the invention is used by way of example only, and the invention applies to all methods of tapering a tubular extruded semi-finished product.
도 4를 참조하면, 피스톤 핀의 제조 방법에 관한 일방향/엔드 웨브 압출 성형 순차가 도시되어 있다. 냉간 처리에 관한 모든 것은 피스톤 핀을 형성하는 방법의 예로서만 이해된다. 본 발명의 목적은 예로서만 이용하고, 본 발명은 관형의 압출식 반가공 제품에 테이퍼를 형성하는 모든 방법에 적용된다.Referring to FIG. 4, a one-way / end web extrusion sequence for a method of making a piston pin is shown. Everything about cold treatment is understood only as an example of how to form a piston pin. The object of the invention is used by way of example only, and the invention applies to all methods of tapering a tubular extruded semifinished product.
도 2a를 참조하면, 본 발명은 피스톤 핀 반가공품의 내부의 양단부에 테이퍼를 전개하기 위한 성형 작업을 관형의 반가공품(50)으로부터 나타낸다. 도 2a는 피스톤 핀의 축방향으로 마무리된 테이퍼 길이보다 짧거나 또는 그와 동일한 사전결정된 길이로 마무리된 요구부(52)보다 큰 끼인각(58)으로 테이퍼를 형성하는 것을 나타낸다. 최종 마무리된 윤곽은 단지 예로서 참조부호(56)로 도시한다. 성형 기술에 관한 모든 것은 하나 또는 복수의 스테이션에서 완료될 수 있지만, 본 발명은 관형 반가공품의 내부에 테이퍼를 형성하는 가장 비용 효율적인 방법에 초점을 맞춘다. 그러나, 본 발명의 목적은 관형의 반가공품의 내부에 테이퍼를 형성하는 복수의 모든 순차를 포함하기 위한 것이다.Referring to FIG. 2A, the present invention shows a molding operation for tapering at both ends of the inside of the piston pin semifinished product from the tubular
도 2b는 사전의 테이퍼 형성 작업으로부터 반가공품(68)의 마무리된 요건으로 피스톤 핀을 형성하는 예를 도시한다. 도 2b는 사전에 테이퍼진 반가공품의 벽(168) 위의 마무리 공구(62)를 도시한다. 성형 기술에 관한 모든 것은 하나 또는 복수의 스테이션에서 완료될 수 있지만, 본 발명은 관형 반가공품의 내부에 테이퍼를 형성하는 가장 비용 효율적인 방법에 초점을 맞춘다.2B shows an example of forming a piston pin with the finished requirements of the finished
피스톤 핀을 테이퍼링하는 상술된 방법은 일 실시예이다. 본 방법은 고비용의 기계가공, 코팅 또는 부가적인 성형 공정에 대한 필요성이 없이 피스톤 핀 내에 테이퍼를 형성하기 위한 하나의 접근법을 예시한다. 실제의 실시에 있어서는 논의된 구성을 변경할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 각종 다른 개선점 및 변경이 당업자에 의해 고려될 수 있고, 이들 개선점 및 변경은 하기의 특허청구범위에 개시된 바와 같은 본 발명의 범위 내에 있을 것이다.The above described method of tapering piston pins is one embodiment. The method illustrates one approach for tapering in piston pins without the need for expensive machining, coating or additional forming processes. In actual practice, the discussed configuration can be changed. Moreover, various other improvements and modifications of the present invention can be considered by those skilled in the art, and those improvements and changes will fall within the scope of the present invention as set forth in the claims below.
본 발명의 사상 또는 본질적인 특성으로부터 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 실시될 수 있다. 기술된 실시예는 단지 예로서 모든 관점에서 고려되어야 하며 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술한 특정의 예시적인 실시예에 한정되지 않는다. 동등물의 의미 및 범위 내의 모든 변경 또는 변형은 본 발명 내에 포함되도록 의도된다.It may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics of the invention. The described embodiments are to be considered in all respects only as examples and not by way of limitation. Thus, the scope of the present invention is not limited to the specific exemplary embodiments described above. All changes or modifications within the meaning and range of equivalents are intended to be included within the present invention.
도 1은 커넥팅 로드와 피스톤 사이에 선회식으로 연결된 피스톤 핀을 갖는 피스톤 시스템의 정면도,1 is a front view of a piston system having a piston pin pivotally connected between a connecting rod and a piston,
도 2a는 초기 접촉점에서 다음의 스테이션 펀치를 나타내는 제 1 테이퍼 형성 작업에서의 보다 넓은 끼인각을 도시한 도면,2a shows a wider angle of engagement in a first tapered forming operation showing the next station punch at the initial contact point, FIG.
도 2b는 초기 접촉점에서 다음의 스테이션 펀치를 나타내는 제 2 테이퍼 형성 작업에서의 보다 좁은 끼인각을 도시한 도면,FIG. 2B shows a narrower angle of engagement in a second taper forming operation showing the next station punch at the initial contact point, FIG.
도 3a 내지 도 3d는 테이퍼진 피스톤 핀을 제조하는 예시적인 2방향 중앙 웨브 압출 방법을 도시한 도면,3A-3D illustrate an exemplary two-way central web extrusion method of making a tapered piston pin;
도 4a 내지 도 4d는 테이퍼진 피스톤 핀을 제조하는 예시적인 일방향 웨브리스 압출 방법을 도시한 도면.4A-4D illustrate an exemplary one-way webless extrusion method of making tapered piston pins.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
10 : 피스톤 핀 12 : 피스톤10: piston pin 12: piston
14 : 커넥팅 로드 50 : 관형의 반가공품14: connecting rod 50: tubular semi-finished product
52 : 마무리된 요구부 58 : 끼인각52: finished request 58: angle of angle
62 : 마무리 공구62: finishing tools
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